JP6545170B2 - Position determination system - Google Patents
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Description
本発明は、インターベンションプロシージャの間に対象の画像において、対象内に位置しているカテーテルのポジションを決定するポジション決定システム、方法及びコンピュータプログラムに関係がある。本発明は、更に、インターベンションプロシージャの間に対象内のカテーテルの位置を特定する位置決めシステムと、ポジション決定システムを較正する較正方法とに関係がある。 The present invention relates to a position determination system, method and computer program for determining the position of a catheter located in an object in an image of the object during an interventional procedure. The invention further relates to a positioning system that identifies the position of the catheter in the subject during the interventional procedure and a calibration method that calibrates the position determination system.
電気生理学(EP;ElectroPhysiology)における従来のカテーテルアブレーションプロシージャは、カテーテルを追跡するための電磁追跡(EMT;ElectroMagnetic Tracking)システムによってしばしば補われるx線透視法によって誘導され得る。x線透視法による誘導のために、x線透視システムが使用される。x線透視システムは、カテーテルアブレーションプロシージャの間にx線投影画像を取得する。x線投影画像は、カテーテルアブレーションプロシージャの間に3次元の解剖学的情報を提供するために、コンピュータ断層撮影(CT;Computed Tomography)又は磁気共鳴(MR;Magnetic Resonance)画像のような術前3次元画像とレジストレーションされ得る。特に、EMTシステムによって追跡されるカテーテルのポジションは、患者の内部の3次元生体構造に対してカテーテルのポジションを示すために、術前3次元画像内で示されてよい。しかし、x線投影画像を取得することは、患者に印加される比較的高い放射線量をもたらす。 Conventional catheter ablation procedures in electrophysiology (EP; ElectroPhysiology) can be guided by x-ray fluoroscopy that is often supplemented by an electromagnetic tracking (EMT; ElectroMagnetic Tracking) system for tracking the catheter. A x-ray fluoroscopy system is used for x-ray fluoroscopy guidance. The x-ray fluoroscopy system acquires x-ray projection images during a catheter ablation procedure. The x-ray projection images are preoperative 3 such as computed tomography (CT) or magnetic resonance (MR) images to provide three-dimensional anatomical information during catheter ablation procedures. It can be registered with dimensional images. In particular, the position of the catheter tracked by the EMT system may be shown in the pre-operative three-dimensional image to indicate the position of the catheter relative to the patient's internal three-dimensional anatomy. However, acquiring an x-ray projection image results in a relatively high radiation dose being applied to the patient.
本発明の目的は、インターベンションプロシージャの間に対象の画像において、対象内に位置しているカテーテルのポジションを決定するポジション決定システム、方法及びコンピュータプログラムであって、対象に印加される放射線量の低減、特に、x線の完全な回避を可能にするポジション決定システム、方法及びコンピュータプログラムを提供することである。本発明の更なる目的は、インターベンションプロシージャの間に対象内のカテーテルの位置を特定する位置決めシステムと、ポジション決定システムを較正する較正方法とを提供することである。 The object of the present invention is a position determination system, method and computer program for determining the position of a catheter located in an object in an image of the object during an interventional procedure, comprising: It is an object of the present invention to provide a position determination system, method and computer program that enables reduction, in particular the complete avoidance of x-rays. A further object of the present invention is to provide a positioning system for identifying the position of the catheter in the subject during the interventional procedure and a calibration method for calibrating the position determination system.
本発明の第1の態様では、インターベンションプロシージャの間に対象の画像において、該対象内に位置しているカテーテルのポジションを決定するポジション決定システムが提供される。当該ポジション決定システムは、
撮像現場において、前記インターベンションプロシージャが実行される前に、前記対象の画像を生成するイメージングデバイスと、
前記撮像現場において、前記インターベンションプロシージャが実行される前に、前記対象の表面上の位置で光マーカを生成する撮像時光マーカ生成デバイスと、
インターベンション現場において前記インターベンションプロシージャの間に前記カテーテルのポジションを決定する位置決めデバイスと、
前記インターベンション現場において前記対象の表面上の前記位置で光マーカを生成するインターベンション時光マーカ生成デバイスと、
前記イメージングデバイスと前記撮像時光マーカ生成デバイスとの間の撮像空間関係と、前記位置決めデバイスと前記インターベンション時光マーカ生成デバイスとの間のインターベンション空間関係とを提供する空間関係供与ユニットと、
前記位置決めデバイスによって決定された前記カテーテルのポジション並びに前記撮像空間関係及び前記インターベンション空間関係に基づき、前記生成された画像内で前記カテーテルのポジションを決定するポジション決定ユニットと
を有する。
In a first aspect of the invention, there is provided a position determination system for determining the position of a catheter located within an object in an image of the object during an interventional procedure. The position determination system is
An imaging device for generating an image of the object before the intervention procedure is performed at an imaging site;
An imaging-time optical marker generation device that generates an optical marker at a position on the surface of the object before the intervention procedure is performed at the imaging site;
A positioning device for determining the position of the catheter during the interventional procedure at the intervention site;
An interventional light marker generation device for generating a light marker at the location on the surface of the object at the intervention site;
A spatial relationship providing unit for providing an imaging spatial relationship between the imaging device and the imaging light marker generation device and an intervention spatial relationship between the positioning device and the intervention light marker generation device;
And a position determining unit for determining the position of the catheter in the generated image based on the position of the catheter determined by the positioning device and the imaging spatial relationship and the intervention spatial relationship.
前記イメージングデバイスと前記撮像時光マーカ生成デバイスとの間の撮像空間関係、前記位置決めデバイスと前記インターベンション時光マーカ生成デバイスとの間のインターベンション空間関係、並びに、前記対象の表面上の同じ位置での前記撮像時光マーカ生成デバイス及び前記インターベンション時光マーカ生成デバイスによる光マーカの生成により、前記生成された画像内のカテーテルのポジションは、必ずしも対象にx線を印加せずに、正確に決定され得る。 An imaging spatial relationship between the imaging device and the imaging light marker generating device, an intervention spatial relationship between the positioning device and the interventional light marker generating device, and at the same position on the surface of the object Due to the generation of light markers by the light marker generation device at the time of imaging and the light marker generation device at the time of intervention, the position of the catheter in the generated image can be accurately determined without necessarily applying x-rays to the object.
前記撮像現場は、前記イメージングデバイスによる撮像及び前記撮像時光マーカ生成デバイスによる光マーカの生成が行われる場所である。例えば、前記撮像現場は、前記イメージングデバイス及び前記撮像時光マーカ生成デバイスが位置している撮像部屋であってよい。前記インターベンション現場は、前記インターベンションプロシージャが行われる場所である。例えば、それは、前記位置決めデバイス及び前記インターベンション時光マーカ生成デバイスを有する手術室であってよい。 The imaging site is a place where imaging by the imaging device and generation of an optical marker by the optical marker generation device are performed at the time of imaging. For example, the imaging site may be an imaging room in which the imaging device and the light marker generation device at the time of imaging are located. The intervention site is where the intervention procedure takes place. For example, it may be an operating room with the positioning device and the interventional light marker generating device.
前記イメージングデバイスは、優先的に、コンピュータ断層撮影画像及び/又は磁気共鳴画像のような、前記対象の3次元画像を生成するよう構成される。前記位置決めデバイスは、優先的に、EMT及び/又は光学式形状検知追跡(OSST;Optical Shape Sensing Tracking)技術を用いることによって前記カテーテルのポジションを決定するよう構成される。前記撮像時光マーカ生成デバイス及び前記インターベンション時光マーカ生成デバイスは、優先的に、前記表面上の位置で光マーカを生成する幾つかの光源、特にレーザを有する。優先的に、前記撮像時光マーカ生成デバイス及び前記インターベンション時光マーカ生成デバイスは、前記表面上の3つ以上の位置で3つ以上の光マーカを生成するよう構成される。レーザが使用される場合には、光マーカは、レーザ光のコヒーレンス特性により極めて正確に生成され得、それによって、前記生成された画像内で前記カテーテルのポジションを決定する精度は更に高まる。 The imaging device is preferentially configured to generate a three-dimensional image of the object, such as a computed tomography image and / or a magnetic resonance image. The positioning device is configured to determine the position of the catheter preferentially by using EMT and / or Optical Shape Sensing Tracking (OSST) techniques. The imaging light marker generation device and the interventional light marker generation device preferentially comprise several light sources, in particular lasers, which generate light markers at positions on the surface. Preferentially, the imaging-time optical marker generation device and the intervention-time optical marker generation device are configured to generate three or more optical markers at three or more positions on the surface. If a laser is used, an optical marker can be generated very accurately by the coherence properties of the laser light, which further increases the accuracy of determining the position of the catheter in the generated image.
前記撮像時光マーカ生成デバイスは、優先的に、光マーカを生成するために第1の光線ジオメトリに従って光線を発する光源を有し、前記インターベンション時光マーカ生成デバイスは、優先的に、光マーカを生成するために第2の光線ジオメトリに従って光線を発する光源を有し、前記第1の光線ジオメトリ及び前記第2の光線ジオメトリは、優先的に、同じである。前記空間関係供与ユニットは、優先的に、前記空間関係が予め記憶されている記憶ユニットであり、該記憶ユニットから、前記空間関係はそれらを提供するために読み出され得る。記憶されている空間関係は、較正プロシージャの間に前もって決定され得る。 The imaging-time optical marker generation device has a light source emitting light according to a first ray geometry to preferentially generate an optical marker, and the interventional light marker-generating device preferentially generates an optical marker To emit light according to a second beam geometry, said first beam geometry and said second beam geometry being preferentially the same. The spatial relationship donor unit is preferentially a storage unit in which the spatial relationship is pre-stored, from which the spatial relationship can be read out to provide them. The stored spatial relationships may be predetermined during the calibration procedure.
前記撮像時光マーカ生成デバイス及び前記イメージングデバイスは別々のデバイスであってよく、あるいは、それらは一体化されたデバイスを形成してよい。後者の場合に、前記撮像時光マーカ生成デバイスは、前記イメージングデバイスに付随する光源を有してよい。また、前記インターベンション時光マーカ生成デバイス及び前記位置決めデバイスは別々のデバイスであってよく、あるいは、それらは一体化されたデバイスを形成してよい。後者の場合に、前記インターベンション時光マーカ生成デバイスは、前記位置決めデバイスに付随する光源を有してよい。前記撮像時光マーカ生成デバイスと前記イメージングデバイス及び/又は前記インターベンション時光マーカ生成デバイス及び前記位置決めデバイスを一体化することは、所要空間の低減をもたらすことができる。 The imaging light marker generation device and the imaging device may be separate devices, or they may form an integrated device. In the latter case, the imaging light marker generation device may have a light source associated with the imaging device. Also, the interventional optical marker generation device and the positioning device may be separate devices, or they may form an integrated device. In the latter case, the interventional light marker generation device may have a light source associated with the positioning device. Integrating the imaging light marker generation device with the imaging device and / or the interventional light marker generation device and the positioning device can result in a reduction of space requirements.
前記撮像時光マーカ生成デバイス及び/又は前記インターベンション時光マーカ生成デバイスは、前記対象に橋を架けるブリッジ構造を有し、光マーカを生成する光源は、前記ブリッジ構造に付随することが好ましい。前記ブリッジ構造は、優先的に、当該ポジション決定システムの対象支持体の上方にある部分を有し、前記光源は、前記対象が前記対象支持体に配置される場合に、上方から前記対象の表面を照らすために、前記部分に付随してよい。 Preferably, the imaging light marker generation device and / or the interventional light marker generation device have a bridge structure for bridging the object, and a light source for generating an optical marker is attached to the bridge structure. The bridge structure preferentially has a portion above the object support of the position determination system, the light source being a surface of the object from above when the object is arranged on the object support To illuminate the part.
実施形態において、前記撮像時光マーカ生成デバイス及び/又は前記インターベンション時光マーカ生成デバイスは、異なる生成された光マーカが異なる外観を有するように適応される。例えば、異なる生成された光マーカは、異なる色及び/又は異なる形を有することができる。更に、前記撮像時光マーカ生成デバイス及び/又は前記インターベンション時光マーカ生成デバイスは、異なる生成された光マーカが夫々の光マーカを標識化するラベルを伴うように適応され得る。前記異なる外観及び/又はラベルは、対応する光マーカを前記表面上の位置で生成するために夫々の光マーカ生成デバイスの対応する光線を使用することにおいて、ユーザを導くために使用され得る。 In an embodiment, the imaging-time optical marker generation device and / or the intervention-time optical marker generation device are adapted such that different generated optical markers have different appearances. For example, different generated light markers can have different colors and / or different shapes. Furthermore, the imaging marker and / or the intervention marker may be adapted such that different generated markers are accompanied by a label for labeling each marker. The different appearances and / or labels may be used to guide the user in using the corresponding rays of the respective light marker generating device to generate the corresponding light marker at the position on the surface.
前記撮像時光マーカ生成デバイス及び/又は前記インターベンション時光マーカ生成デバイスは、優先的に、異なる生成された光マーカが光点であって、例えば、光線でないように適応される。 The imaging-time optical marker generation device and / or the intervention-time optical marker generation device are preferentially adapted such that the different generated optical markers are light spots, for example no light rays.
当該ポジション決定システムは、優先的に、前記対象を支持する対象支持体を更に有し、該対象支持体は、6自由度を有して前記対象の位置を合わせるよう適応される。前記対象支持体は6自由度を有して前記対象の位置を合わせるよう適応されるので、当該ポジション決定システムは、前記撮像時光マーカ生成デバイス及び前記インターベンション時光マーカ生成デバイスによって使用される光線ジオメトリが同じである構成において使用され得る。すなわち、この状況において、前記インターベンション時光マーカ生成デバイスによって生成される光マーカは、6自由度の対象支持体を、よって対象を然るべく位置合わせすることによって、撮像時光マーカ生成デバイスによっても光マーカが生成された前記対象の表面上の位置で依然として生成され得る。 The position determination system further comprises, preferentially, a target support for supporting the target, the target support being adapted to align the target with six degrees of freedom. Since the object support is adapted to align the object with six degrees of freedom, the position determination system comprises a ray geometry used by the imaging light marker generation device and the intervention light marker generation device May be used in configurations where they are the same. That is, in this situation, the light marker generated by the interventional light marker generation device is also lighted by the light marker generation device at the time of imaging by aligning the object support in six degrees of freedom and thus the object accordingly. Markers may still be generated at locations on the surface of the object for which they were generated.
当該ポジション決定システムは、前記インターベンション時光マーカ生成デバイスによって生成された光マーカが較正プロシージャの間に位置付けられるべき位置をマークする第1のマーカと、前記位置決めデバイスが前記カテーテルのポジションを決定するときに前記カテーテルが前記較正プロシージャの間に位置付けられるべき位置をマークする第2のマーカとを有する較正ファントムを更に有してよく、前記空間関係供与ユニットは、前記カテーテルが前記第2のマーカに位置付けられており且つ前記光マーカが前記第1のマーカに位置付けられているときに、前記位置決めデバイスによって決定された前記カテーテルのポジションに基づき、前記インターベンション空間関係を決定するよう適応される。これは、前記空間関係供与ユニットが前記インターベンション空間関係を正確に決定することを可能にする。前記インターベンション空間関係は、前記空間関係供与ユニットにおいて記憶されてよく、前記生成された画像内で前記カテーテルのポジションを決定するために前記インターベンションプロシージャの間に読み出されてよい。 The positioning system comprises a first marker for marking the position at which the light marker generated by the interventional light marker generation device is to be positioned during the calibration procedure, and when the positioning device determines the position of the catheter The system may further comprise a calibration phantom having a second marker for marking the position at which the catheter is to be positioned during the calibration procedure, the spatial relationship providing unit positioning the catheter at the second marker. And being adapted to determine the interventional spatial relationship based on the position of the catheter determined by the positioning device when the light marker is positioned at the first marker. This allows the spatial relationship donor unit to accurately determine the intervention spatial relationship. The interventional spatial relationship may be stored at the spatial relationship donor unit and may be read during the interventional procedure to determine the position of the catheter in the generated image.
他の態様では、請求項2に記載のポジション決定システムを形成するよう請求項1に記載の位置決めシステムととともに使用され、対象を撮像するイメージングシステムが提供される。当該イメージングシステムは、
撮像現場において、前記インターベンションプロシージャが実行される前に、前記対象の画像を生成するイメージングデバイスと、
前記撮像現場において、前記インターベンションプロシージャが実行される前に、前記対象の表面上の位置で光マーカを生成する撮像時光マーカ生成デバイスと
を有する。
In another aspect, there is provided an imaging system for imaging an object for use with the positioning system according to claim 1 to form a position determination system according to claim 2. The imaging system
An imaging device for generating an image of the object before the intervention procedure is performed at an imaging site;
An imaging-time optical marker generation device that generates an optical marker at a position on the surface of the object before the intervention procedure is performed at the imaging site.
本発明の更なる態様では、前記イメージングシステムとともに使用されて前記ポジション決定システムを形成する、インターベンションプロシージャの間に対象内のカテーテルの位置を特定する位置決めシステムが提供される。当該位置決めシステムは、
インターベンション現場において前記インターベンションプロシージャの間に前記カテーテルのポジションを決定する位置決めデバイスと、
前記インターベンション現場において、前記イメージングシステムの前記撮像時光マーカ生成デバイスも光マーカを生成した前記対象の表面上の位置で光マーカを生成するインターベンション時光マーカ生成デバイスと、
前記イメージングシステムの前記イメージングデバイスと前記撮像時光マーカ生成デバイスとの間の撮像空間関係と、前記位置決めデバイスと前記インターベンション時光マーカ生成デバイスとの間のインターベンション空間関係とを提供する空間関係供与ユニットと、
前記位置決めデバイスによって決定された前記カテーテルのポジション並びに前記撮像空間関係及び前記インターベンション空間関係に基づき、前記生成された画像内で前記カテーテルのポジションを決定するポジション決定ユニットと
を有する。
In a further aspect of the present invention there is provided a positioning system for identifying the position of a catheter within a subject during an interventional procedure which is used in conjunction with the imaging system to form the positioning system. The positioning system is
A positioning device for determining the position of the catheter during the interventional procedure at the intervention site;
An interventional optical marker generation device for generating an optical marker at a position on the surface of the target at the time of imaging of the imaging system at the intervention site;
A spatial relationship donation unit providing an imaging spatial relationship between the imaging device of the imaging system and the imaging light marker generation device and an interventional spatial relationship between the positioning device and the interventional light marker generation device When,
And a position determining unit for determining the position of the catheter in the generated image based on the position of the catheter determined by the positioning device and the imaging spatial relationship and the intervention spatial relationship.
他の態様では、請求項2に記載のポジション決定システムによって使用される光マーカ生成デバイスが提供される。当該光マーカ生成デバイスは、対象に橋を架けるブリッジ構造と、該ブリッジ構造に付随する光源とを有し、該光源は、対象の表面上で光マーカを生成するよう構成される。当該光マーカ生成デバイスは、単一の光マーカ生成デバイスが幾つかのデバイスとともに使用され得るように別個のデバイスであって、すなわち、例えば、イメージングデバイス又は位置決めデバイスと一体化されなくてよい。例えば、単一の光マーカ生成デバイスは、別のイメージングデバイスのために及び/又は別の位置決めデバイスのために使用されてよい。 In another aspect there is provided an optical marker generating device for use by the position determination system according to claim 2. The optical marker generating device comprises a bridge structure for bridging an object and a light source associated with the bridge structure, the light source being configured to generate an optical marker on a surface of the object. The optical marker generation device may be a separate device, ie not integrated with eg an imaging device or positioning device, such that a single optical marker generation device may be used with several devices. For example, a single light marker generation device may be used for another imaging device and / or another positioning device.
本発明の更なる態様では、インターベンションプロシージャの間に対象の画像において、該対象内に位置しているカテーテルのポジションを決定するポジション決定方法であって、請求項2に記載のポジション決定システムによって使用されるポジション決定方法が提供される。当該方法は、
撮像現場において、前記インターベンションプロシージャが実行される前に、イメージングデバイスによって前記対象の画像を生成するステップと、
前記撮像現場において撮像時光マーカ生成デバイスによって、前記インターベンションプロシージャが実行される前に、前記対象の表面上の位置で光マーカを生成するステップと、
インターベンション現場においてインターベンション時光マーカ生成デバイスによって前記対象の表面上の前記位置で光マーカを生成するステップと、
空間関係供与ユニットによって、前記イメージングデバイスと前記撮像時光マーカ生成デバイスとの間の撮像空間関係と、前記位置決めデバイスと前記インターベンション時光マーカ生成デバイスとの間のインターベンション空間関係とを提供するステップと、
前記インターベンション現場において位置決めデバイスによって前記インターベンションプロシージャの間に前記対象内の前記カテーテルのポジションを決定するステップと、
ポジション決定ユニットによって、前記位置決めデバイスによって決定された前記カテーテルのポジション並びに前記撮像空間関係及び前記インターベンション空間関係に基づき、前記生成された画像内で前記カテーテルのポジションを決定するステップと
を有する。
A further aspect of the present invention is a position determination method for determining the position of a catheter located within an object in an image of the object during an intervention procedure, comprising: A position determination method to be used is provided. The method is
Generating an image of the object by an imaging device before the intervention procedure is performed at an imaging site;
Generating an optical marker at a location on the surface of the object before the intervention procedure is performed by an imaging-time optical marker generation device at the imaging site;
Generating an optical marker at the location on the surface of the object by an interventional light marker generation device at the intervention site;
Providing an imaging spatial relationship between the imaging device and the imaging light marker generation device and an intervention spatial relationship between the positioning device and the intervention light marker generation device by means of a spatial relationship donor unit; ,
Determining the position of the catheter in the object during the interventional procedure by a positioning device at the intervention site;
Determining the position of the catheter within the generated image based on the position of the catheter determined by the positioning device and the imaging spatial relationship and the intervention spatial relationship by a position determining unit.
実施形態において、当該方法は、優先的に、前記撮像現場において前記対象の表面上の前記位置に恒久的にマークするステップを更に有し、前記インターベンション現場での光マーカの生成は、前記表面上の前記マークされた位置で当該光マーカを生成することを含む。ここで、語「恒久的に(permanently)」は、たとえ光マーカがもはや存在しないとしても位置が依然として示されるようにそれらがマークされることを意味する。例えば、位置を恒久的にマークするためにペンが使用されてよい。当然に、望まれるならば、恒久的なマークは除去され得る。これは、前記撮像時光マーカ生成デバイスによって生成される光マーカ及び前記インターベンション時光マーカ生成デバイスによって生成される光マーカが比較的簡単な方法において前記対象の表面上の同じ位置に実際に生成されることを確かにすることができる。 In an embodiment, the method preferably further comprises the step of permanently marking the position on the surface of the object at the imaging site, the generation of an optical marker at the intervention site being the surface Generating the light marker at the marked position above. Here, the term "permanently" means that they are marked so that the position is still indicated, even if the light marker is no longer present. For example, a pen may be used to permanently mark the position. Of course, if desired, permanent marks can be removed. This means that the light marker generated by the light marker generation device at the time of imaging and the light marker generated by the light marker generation device at the intervention are actually generated at the same position on the surface of the object in a relatively simple manner You can be sure.
本発明の他の態様では、請求項1に記載の位置決めシステムを較正する較正方法が提供される。当該較正方法は、
第1及び第2のマーカを有する較正ファントムを提供するステップと、
前記較正ファントムの第1のマーカで前記インターベンション時光マーカ生成デバイスによって光マーカを生成するステップと、
前記カテーテルを前記第2のマーカに位置付け、較正ポジションをもたらすために、前記カテーテルが前記第2のマーカに位置付けられるときに、前記位置決めデバイスによって前記カテーテルのポジションを決定するステップと、
前記較正ポジションに基づき、前記位置決めデバイスと前記インターベンション時光マーカ生成デバイスとの間のインターベンション空間関係を決定するステップと
を有する。
In another aspect of the invention, a calibration method is provided for calibrating the positioning system according to claim 1. The calibration method is
Providing a calibration phantom having first and second markers;
Generating an optical marker with the interventional optical marker generation device at a first marker of the calibration phantom;
Positioning the catheter at the second marker and determining the position of the catheter by the positioning device when the catheter is positioned at the second marker to provide a calibration position;
Determining an interventional spatial relationship between the positioning device and the interventional light marker generation device based on the calibration position.
本発明の更なる態様では、インターベンションプロシージャの間に対象内のカテーテルの位置を特定する位置決めコンピュータプログラムが提供される。当該位置決めコンピュータプログラムは、当該コンピュータプログラムが、請求項1に記載の位置決めシステムの位置決めデバイス、空間関係供与ユニット及びポジション決定ユニットを制御するコンピュータで実行される場合に、
前記位置決めデバイスに、前記インターベンションプロシージャの間に前記カテーテルのポジションを決定させるプログラムコード手段と、
前記空間関係供与ユニットに、前記位置決めシステムとともに使用されるイメージングシステムのイメージングデバイス及び撮像時光マーカ生成デバイスの間の撮像空間関係と、前記位置決めデバイス及び前記位置決めシステムのインターベンション時光マーカ生成デバイスの間のインターベンション空間関係とを提供させるプログラムコード手段と、
前記ポジション決定ユニットに、前記位置決めデバイスによって決定された前記カテーテルのポジション並びに前記撮像空間関係及び前記インターベンション空間関係に基づき、前記イメージングデバイスによって生成された画像内で前記カテーテルのポジションを決定させるプログラムコード手段と
を有する。
In a further aspect of the invention, a positioning computer program is provided that identifies the position of a catheter in a subject during an interventional procedure. The positioning computer program is executed when the computer program is executed by a computer that controls the positioning device, the spatial relationship providing unit and the position determining unit of the positioning system according to claim 1.
Program code means for causing the positioning device to determine the position of the catheter during the interventional procedure;
An imaging spatial relationship between the imaging device of the imaging system used with the positioning system and the optical marker generating device at the time of imaging, in the spatial relationship providing unit, and between the positioning device and the intervention optical marker generating device of the positioning system Program code means for providing an interventional space relationship;
Program code for causing the position determination unit to determine the position of the catheter in an image generated by the imaging device based on the position of the catheter determined by the positioning device and the imaging spatial relationship and the intervention spatial relationship Have means and
請求項1の位置決めシステム、請求項2のポジション決定システム、イメージングシステム、光マーカ生成デバイス、請求項10のポジション決定方法、請求項12の較正方法、及び請求項13の位置決めコンピュータプログラムは、従属請求項で定義されているのと類似した及び/又は同じ好適な実施形態を有することが理解されるべきである。
A positioning system according to claim 1, a position determination system according to claim 2, an imaging system, an optical marker generation device, a position determination method according to
本発明の好適な実施形態は、従属請求項又は上記の実施形態と夫々の独立請求項との如何なる組み合わせであることもできることが理解されるべきである。 It is to be understood that the preferred embodiments of the present invention can be any combination of the dependent claims or the embodiments described above with the respective independent claims.
本発明のそれら及び他の態様は、以降で記載される実施形態から明らかであり、それらを参照して説明される。 These and other aspects of the invention are apparent from and will be elucidated with reference to the embodiments described hereinafter.
以下図面において:
図1は、インターベンションプロシージャの間に対象の画像において、対象内に位置しているカテーテルのポジションを決定するポジション決定システムの実施形態を概略的に例となるように示す。ポジション決定システム1は、撮像現場において、例えば、撮像室内で、インターベンションプロシージャが実行される前に、対象4の画像を生成するイメージングデバイス14を有する。この実施形態では、イメージングデバイス14は、MRデータ取得ユニット12と、MR制御ユニット13と、キーボード、コンピュータのマウス、タッチパッド、などのような入力ユニット15と、ディスプレイ16とを有するMRイメージングデバイスである。MRデータ取得ユニット12は、対象4を伴った対象支持体5がMRデータ取得ユニット12内に動かされた場合に、支持テーブルのような対象支持体5の上に横たわっている対象4のMRデータを取得するよう構成される。このように、対象支持体5は、両矢印40によって図1において示されている方向において、MRデータを取得するためにMRデータ取得ユニット12内へ、そして、MRデータが取得された後にMRデータ取得ユニット12の外へ移動可能である。MR制御ユニット13は、MRデータ取得ユニット12、更には任意に、対象支持体5を制御するよう、且つ、取得されたMRデータに基づきMR画像を再構成するよう構成される。再構成されたMR画像は、ディスプレイ16において示され得る。入力ユニット15は、例えば、所望のMRデータ取得及び/又はMR再構成プロシージャを開始するために、使用され得る。
FIG. 1 schematically illustrates, by way of example, an embodiment of a position determination system for determining the position of a catheter located in an object in an image of the object during an interventional procedure. The position determination system 1 comprises an
ポジション決定システム1は、撮像現場において、対象4の表面上の位置で光マーカを生成する撮像時光マーカ生成デバイス6を更に有する。この実施形態では、撮像時光マーカ生成デバイス6は、光マーカとして光点を生成するよう構成される。それにより、撮像時光マーカ生成デバイス6は、撮像時光点生成デバイスであるとも見なされ得る。
The position determination system 1 further includes an imaging-time optical marker generation device 6 that generates an optical marker at a position on the surface of the
撮像時光点生成デバイス6は、水平部9及びレーザ10を担持する垂直部8を備えたブリッジ構造7を有する。MRデータ取得ユニット12、撮像時光点生成デバイス6及び対象支持体5の実施形態の斜視図は、図2において概略的に例となるように表されている。この図から分かるように、ブリッジ構造7の垂直部8は、対象支持体5の両側に位置しており、水平部9は垂直部8によって担持されており、対象支持体5の上方に、よって、対象が対象支持体5の上に横たわっているときには対象の上方に延在する。図2で示されている例では、レーザ10は、光線11を用いることによって異なる方向から対象の表面上で光点を生成するために、垂直部8及び水平部9に配置されている。
The imaging point light generating device 6 has a bridge structure 7 with a
撮像の前に、対象4は、撮像ポジションにおいて、すなわち、撮像の間に使用される対象支持体5に対するポジションにおいて、光点が対象4の表面上に生成され得るように図1で表されるようにブリッジ構造7内で、MRデータ取得ユニット12の前に位置付けられてよい。対象4の表面上の光点の位置は、例えば、色落ちしないカラーペンを使用することによって、マークされ得る。次いで、対象支持体5、よって、対象4は、MRデータ取得ユニット12内に動かされ、一方、対象4は、依然として撮像ポジションにある。すなわち、対象4は、対象支持体5に対して動かされていないと考えられる。MRデータは、MRデータ取得ユニット12によって取得され、MR制御ユニット13は、取得されたMRデータに基づきMR画像を再構成する。MRデータが取得された後、対象4を伴った対象支持体5は、MRデータ取得ユニット12の外に動かされる。MRイメージングデバイス14及び撮像時光点生成デバイス6は、MR画像を生成するMRイメージングシステム2の部分であると見なされ得る。
Prior to imaging, the
ポジション決定システム1は、インターベンションプロシージャが実行される手術室のようなインターベンション現場でインターベンションプロシージャの間にカテーテル34のポジションを決定する位置決めデバイスを更に有する。この実施形態では、カテーテル34はハンドグリップ59を備える。カテーテル34は、ケーブル33を介して、無線周波数(RF;RadioFrequency)エネルギ源26を有する制御ユニット37と接続されている。インターベンションプロシージャを実行している間、カテーテル34は、対象支持体24の上に横たわっている対象4内で使用される。カテーテル34の先端は、例えば、アブレーションプロシージャを実施するために、対象4内でRFエネルギを印加する1つ又は複数の電極を有する。カテーテル34の先端は、対象支持体24の下に配置されているEMフィールド生成器25によって生成されるEMフィールドと相互作用するEMポジションセンサを有する。EMフィールド生成器25は、ケーブル35を介して制御ユニット37へ接続されている。制御ユニット37は、EMフィールド生成器25及びカテーテル34の先端に配置されているEMポジションセンサを制御し、且つ、EMフィールド生成器25及びカテーテル34の先端にあるEMポジションセンサによって生成されるEM信号に基づき対象4内のカテーテル34の先端のポジションを決定する位置決め制御ユニット27を有する。従って、位置決め制御ユニット27は、EMフィールド生成器25及びカテーテル34の先端にあるEMポジションセンサとともに、インターベンション現場でインターベンションプロシージャの間にカテーテルのポジションを決定する位置決めデバイスを形成する。
The position determination system 1 further comprises a positioning device for determining the position of the
ポジション決定システム1は、インターベンション現場において、撮像時光点生成デバイス6も光マーカを生成した対象4の表面上の位置で光マーカを生成するインターベンション時光点生成デバイス17を更に有する。インターベンション時光点生成デバイス17も、図3で概略的に例となるように表されるように、対象支持体24の両側に位置している垂直部19と、上部の中間水平部20とを備えたブリッジ構造18を有する。レーザ21は、レーザ光線22を生成するために、水平部20及び垂直部19に配置されている。レーザ光線22は、対象4の表面上の位置で光点を生成する。この実施形態では、インターベンション時光点生成デバイス17の光線22のジオメトリ及び撮像時光点生成デバイス6の光線11のジオメトリは同じである。インターベンション時光点生成デバイス17によって生成される光点が、インターベンション時光点生成デバイス17の光線22のジオメトリを変更することなしに、撮像時光点生成デバイス6によっても光点が生成された同じ位置で配置されるように、対象4の位置を合わせるために、対象支持体24は6自由度を有する。よって、撮像時光点生成デバイス6によって使用された位置が対象4の表面上でマークされている場合には、対象支持体24は、インターベンション時光点生成デバイス17によって生成される光点も対象4の表面上のマークされた位置に配置されるように、位置を合わせられ得る。
The position determination system 1 further comprises an interventional light
図4は、光点が配置されるべき対象4の上の好適な位置32を概略的に例となるように示す。腕は対象4によって動かされる可能性が高いので、光点32は、それらが対象4の腕をカバーしないように胸部において優先的に分布している。
FIG. 4 shows schematically and by way of example a
ポジション決定システム1は、MRイメージングデバイス14と撮像時光点生成デバイス6との間の撮像空間関係と、位置決めデバイス25,27とインターベンション時光点生成デバイス17との間のインターベンション空間関係とを提供する空間関係供与ユニット28を更に有する。ポジション決定システム1は、位置決めデバイス25,27によって決定されたカテーテル34のポジション並びに撮像空間関係及びインターベンション空間関係に基づき、生成されたMR画像内でカテーテル34のポジションを決定するポジション決定ユニット29を更に有する。
The position determination system 1 provides an imaging spatial relationship between the
特に、撮像時光マーカ生成デバイス6は対象の表面上の位置で光マーカを生成するので、対象の表面上の位置によって定義される対象座標系と、撮像時光マーカ生成デバイス6の座標系との間の空間関係は、光マーカを生成するために使用される光線のジオメトリから知られる。更に、空間関係供与ユニット28は、イメージングデバイス14と撮像時光マーカ生成デバイス6との間の撮像空間関係を提供するので、すなわち、更には、イメージングデバイス14の座標系と撮像時光マーカ生成デバイス6の座標系との間の空間関係が知られているので、対象座標系と撮像座標系との間の空間関係も知られる。更に、インターベンション時光マーカ生成デバイス17は、光マーカが撮像時光マーカ生成デバイス6によって生成された対象の表面上の位置に等しい対象の表面上の位置で光マーカを生成するので、光マーカを生成するためにインターベンション時光マーカ生成デバイス17によって使用される光線のジオメトリは、対象座標系とインターベンション時光マーカ生成デバイス17の座標系との間の空間関係をもたらす。更に、加えて、空間関係供与ユニット28は、位置決めデバイス25,27とインターベンション時光マーカ生成デバイス17との間、すなわち、位置決めデバイス25,27の位置決め座標系とインターベンション時光マーカ生成デバイス17の座標系との間のインターベンション空間関係を提供するので、対象座標系と位置決め座標系との間の空間関係も知られる。このように、撮像座標系と対象座標系との間の空間関係、及び位置決め座標系と対象座標系との間の空間関係は知られているので、位置決めデバイス25,27によって決定されるカテーテル34のポジションは、生成された画像内で正確に決定され得る。生成された画像内でのカテーテル34のポジションのこの決定は、必ずしもx線投影画像を必要とせず、それによって、対象に印加される放射線量の低減を可能にする。特に、それは、如何なるx線も対象に印加される必要がないインターベンションプロシージャをもたらすことができる。
In particular, since the optical marker generation device 6 generates an optical marker at a position on the surface of the object at the time of imaging, it is between the object coordinate system defined by the position on the surface of the object and the coordinate system of the optical marker generation device 6 at the time of imaging The spatial relationship of is known from the geometry of the rays used to generate the light marker. Furthermore, the spatial
撮像空間関係及びインターベンション空間関係は、対応する較正ステップにおいて前もって決定されていてよく、決定された撮像空間関係及びインターベンション空間関係は、空間関係供与ユニット28がインターベンションプロシージャの間に撮像空間関係及びインターベンション空間関係を提供することを可能にするために、空間関係供与ユニット28において記憶される。
The imaging spatial relationship and the intervention spatial relationship may be predetermined in the corresponding calibration step, and the determined imaging spatial relationship and the intervention spatial relationship may be determined during the intervention procedure by the spatial
位置決めデバイス、空間関係供与ユニット及びポジション決定ユニットは、インターベンション時光マーカ生成デバイスとともに、インターベンションプロシージャの間に対象内のカテーテルの位置を特定する位置決めシステム3のコンポーネントであると見なされ得る。この実施形態では、位置決めシステム3は、インターベンションプロシージャを実施するシステムと、すなわち、カテーテル及びRFエネルギ源と一体化される。インターベンションプロシージャを実施するための装備を備えた位置決めシステム3は、手術室、特にEPラボのような第1の部屋に置かれてよく、MRイメージングデバイス及び撮像時光マーカ生成デバイスを備えたイメージングシステムは、撮像室のような他の部屋に置かれてよい。このように、たとえMR画像の生成及びインターベンションプロシージャは別の部屋で行われ得るとしても、対象内のカテーテルのポジションは、インターベンションプロシージャの間にMR画像において依然として正確に示され得る。これは、医師36が、生成された画像において示されている対象4の内部の解剖学的構造に基づき、対象4内でカテーテル34を正確に導くことを可能にする。
The positioning device, the spatial relationship providing unit and the position determining unit, together with the interventional light marker generation device, may be considered to be components of the positioning system 3 for locating the position of the catheter in the object during the intervention procedure. In this embodiment, the positioning system 3 is integrated with the system performing the interventional procedure, ie with the catheter and the RF energy source. A positioning system 3 equipped for performing an interventional procedure may be placed in a first room such as an operating room, in particular an EP lab, and an imaging system with an MR imaging device and an optical marker generation device at the time of imaging May be placed in other rooms, such as an imaging room. In this way, the position of the catheter within the subject may still be accurately indicated in the MR image during the intervention procedure, even though the generation of the MR image and the intervention procedure may be performed in another room. This allows the
インターベンション空間関係を較正するために、較正ファントムが使用されてよい。較正ファントムは、図5で概略的に例となるように示されるように、立方体の形状を有してよい。較正ファントム50は、優先的に、インターベンション時光点生成デバイス17によって生成される光点が較正プロシージャの間に位置付けられるべき位置をマークする第1のマーカ51と、位置決めデバイスがカテーテル34の先端のポジションを決定するときに、カテーテル34の先端が較正プロシージャの間に位置付けられるべき位置をマークする少なくとも3つの第2のマーカ52とを有する。より多くの第2のマーカは、較正の全体的な精度を高める。較正は、当該技術で知られるように、最小二乗適合として実施され得る。第1のマーカ51は、優先的に、較正ファントム50の残りの表面よりも強く光を散乱させる物質により覆われている。これは、光と整列させるようファントムの方向を合わせるプロセスを簡単にすることができる。第2のマーカ52は、優先的に、カテーテル先端を受容するために使用される較正ファントム50におけるくぼみとして作られる。くぼみの1つは、拡大図において図5で示されている。くぼみは、先端が、まさに定義されたポジションで固定されることを確かにする。ほとんどの生理学的カテーテルは球形の先端形状を有するので、くぼみは、そのために、優先的に、既知のポジションがカテーテル直径に関わりなく達成されるような球形形状を有する。適切なくぼみを備えた特別なファントムは、他の先端形状のために使用されてよい。空間関係供与ユニット28は、カテーテル34の先端が第2のマーカ52に位置付けられており且つ光点が第1のマーカ51に位置付けられているときに位置決めデバイスによって決定されたカテーテル34の先端のポジションに基づき、且つ、第1及び第2のマーカ51,52の間の既知の空間関係に基づき、インターベンション空間関係を決定するよう構成されてよい。図5で、座標系53はLPH(左(Left)、後部(Posterior)、頭部(Head))座標系であり、較正プロシージャの間、較正ファントム50は、図5で示されるように、座標系53に対して位置を合わせられてよい。なお、較正の間、較正ファントム50は、他の方法でも位置を合わせられてよい。
A calibration phantom may be used to calibrate the interventional spatial relationship. The calibration phantom may have a cubic shape, as schematically illustrated in FIG. The
以下で、インターベンションプロシージャの間に対象の画像において、対象内に位置しているカテーテルのポジションを決定するポジション決定方法の実施形態が、図6に示されているフローチャートを参照して、例となるように記載される。 In the following, an embodiment of a position determination method for determining the position of a catheter located in an object in an image of the object during an interventional procedure is described by way of example with reference to the flow chart shown in FIG. It is stated to be
ステップ201で、光点32は、撮像時光点生成デバイス6によって、撮像室のような撮像現場において、対象4の表面上の位置で生成される。ステップ202で、光点32が撮像現場において生成される対象4の表面上の位置は、例えば、色落ちしない色ペンを使用することによって、マークされる。ステップ203で、対象4のMR画像は、撮像現場において、MRイメージングデバイス14を使用することによって生成される。ステップ201乃至203は、他の順序でも実施されてよい。例えば、ステップ203は、ステップ201及び202の前に実施されてよい。MR画像が生成された後に、対象4は、インターベンションプロシージャが実行され得るEP室又はEPラボのようなインターベンション現場へ移動されてよい。
In
ステップ204で、対象4は、インターベンショナル・ポジションにおいて、すなわち、インターベンションプロシージャの間に使用されるべきポジションにおいて、対象支持体24の上に配置される。このインターベンショナル・ポジションは、インターベンション時光点生成デバイス17が対象4の表面上のマークされた位置で光点32を生成することができるようなポジションである。特に、対象支持体24は、インターベンション時光点生成デバイス17のレーザによって生成される光点がステップ202でマークされた位置と一致するように動かされる。ステップ205で、MRイメージングデバイス14と撮像時光点生成デバイス6との間の撮像空間関係、及び位置決めデバイス25,27とインターベンション時光点生成デバイス17との間のインターベンション空間関係は、空間関係供与ユニット28によって提供される。ステップ206で、対象4がインターベンショナル・ポジションにあるときに、インターベンショナル・ポジションの間の対象4内のカテーテル34のポジションは、位置決めデバイス25,27によって決定される。そして、ステップ207で、生成された画像内のカテーテル34のポジションは、ポジション決定ユニット29によって、位置決めデバイス25,27によって決定されたカテーテル34のポジション並びに撮像空間関係及びインターベンション空間関係に基づき決定される。決定されたポジションは、ディスプレイ31においてMR画像内に示される。ステップ208で、中止基準が満たされるかどうかが確認される。中止基準は、インターベンションプロシージャが完了されたこと、又は医師が、入力ユニット30を介して、生成されたMR画像内のカテーテル34のポジションの決定が中止されるべきことを入力したこと、であってよい。中止基準が満たされない場合には、方法はステップ206を続ける。さもなけば、方法はステップ209で終了する。カテーテルの、特に、カテーテルの先端の、ポジションは、従って、中止基準が満たされるまで、カテーテルが対象内を動かされる間、MR画像内で連続して決定され示されてよい。
At
以下で、ポジション決定システムを較正する較正方法の実施形態が、図7に示されているフローチャートを参照して例となるように記載される。 In the following, an embodiment of a calibration method for calibrating the position determination system is described as an example with reference to the flow chart shown in FIG.
ステップ301で、第1及び第2のマーカを有する較正ファントムが提供される。例えば、較正ファントムは、対象支持体24の上に配置されてよい。ステップ302で、光点は、較正ファントムの第1のマーカで、インターベンション時光点生成デバイス17によって生成される。ステップ303で、カテーテル34の先端は、第2のマーカに位置付けられ、カテーテル34の先端のポジションは、カテーテル34の先端が第2のマーカに位置付けられる場合に、位置決めデバイス25,27によって決定され、それによって、較正ポジションを生成する。ステップ304で、位置決めデバイス25,27とインターベンション時光点生成デバイス17との間のインターベンション空間関係は、較正ポジションと、第1及び第2のマーカの間の既知の空間関係とに基づき決定される。インターベンション空間関係は、空間関係供与ユニット28がインターベンションプロシージャの間にインターベンション空間関係を提供することを可能にするために、空間関係供与ユニット28において記憶され得る。
At
この実施形態では、インターベンション時光点生成デバイス17によって提供される較正ジオメトリは固定である。よって、ステップ302で、光点は、較正ファントムを然るべく置くことによって、較正ファントムの第1のマーカで生成される。すなわち、較正ファントムは、第1のマーカがインターベンション時光点生成デバイスによって生成される光点と一致するように、位置を合わせられる。
In this embodiment, the calibration geometry provided by the interventional light
従来のカテーテルアブレーションプロシージャは、しばしばEMTシステムによって補われるx線透視法によって、通常は誘導される。幾つかのワークステップは、しばしば、心内エコー(ICE;IntraCardiac Echo)及び経食道エコー(TEE;TransEsophageal Echo)イメージングによっても補完される。加えて、心内心電図(IE;Intracardiac Electrograms)が取得され、既知の心臓興奮パターンに基づきポジション情報を提供する。 Conventional catheter ablation procedures are usually guided by x-ray fluoroscopy, often supplemented by an EMT system. Some work steps are often complemented by intracardiac echo (ICE; IntraCardiac Echo) and transesophageal echo (TEE; TransEsophagal Echo) imaging. In addition, intracardiac electrograms (IE; Intracardiac Electrograms) are acquired to provide position information based on known cardiac excitation patterns.
M. Razmina等による文献“Nonfluoroscopic Catheter Ablation of Cardiac Arrhythmias in Adults: Feasibility, Safety, and Efficacy”,Journal of Cadiovascular Electrophysiologoy,23(10):1078-1086(2012年)には、カテーテルアブレーションプロシージャが記載されている。このプロシージャは、カテーテル誘導のためにIE、EMT及びICEのみを使用し、x線透視法を使用しない。この非透視法(NF;Non-Fluoroscopic)プロシージャにおいて、カテーテルは、プロシージャの間に誘導のためのロードマップを“作成”するよう、脈管系及び心室内を動き回る必要がある。これと同期して、手動によるセグメンテーションが、インターベンションの間に更なるオペレータによって行われる必要がある。しかし、“先を見越す”手段がない。すなわち、カテーテルが次に向かうが未だない位置からの生体構造情報はない。例えば、アブレーション・ストラテジに影響を及ぼす心房細動(AF;Atrial Fibrillation)患者の肺静脈変形についての利用可能な情報はない。図1乃至4を参照して上述されたポジション決定システムは、従って、インターベンションプロシージャの間の誘導を改善する、特に、カテーテル誘導のための3次元のロードマップを提供するための、術前イメージングを提供する。 The catheter ablation procedure is described in the article "Nonfluorescent Catheter Ablation of Cardiac Arrhythmias in Adults: Feasibility, Safety, and Efficacy" by M. Razmina et al. ing. This procedure uses only IE, EMT and ICE for catheter guidance and does not use x-ray fluoroscopy. In this non-fluoroscopic (NF) procedure, the catheter needs to move around the vasculature and within the ventricle to "make" the roadmap for guidance during the procedure. In synchronization with this, manual segmentation needs to be performed by the additional operator during the intervention. However, there is no way to "look ahead". That is, there is no anatomical information from the position where the catheter is going to next but not yet. For example, there is no available information on pulmonary vein deformities in patients with atrial fibrillation (AF) that affect ablation strategies. The position determination system described above with reference to FIGS. 1 to 4 thus improves the guidance during the interventional procedure, in particular preoperative imaging to provide a three-dimensional roadmap for catheter guidance. I will provide a.
ポジション決定システムは、優先的に、上記のMRイメージングモダリティのような術前の3次元イメージングモダリティ、又はCT、回転、x線、陽電子放出断層撮影(PET;positron emission computerized tomography)等のモダリティのような他の3次元イメージングモダリティを有する。そのようなイメージングモダリティは、術前撮像の間に患者に特定の点をマークするよう、レーザブリッジ、すなわち、撮像時光点生成デバイスを装備される。ポジション決定システムは、優先的に、EMTシステム、すなわち、位置決めデバイスと、第2の同じレーザブリッジ、すなわち、インターベンション時光点生成デバイスとを装備されて、そのレーザブリッジに対する患者の位置合わせを可能にするNF EPラボを更に有する。更に、術前データセットをEMTシステムとレジストレーションし、このデータセットの少なくとも部分を、EMTから導出されたカテーテルポジションとともに表示する方法が、優先的に提供される。 The position determination system is preferentially a preoperative three-dimensional imaging modality such as the MR imaging modality described above, or a modality such as CT, rotation, x-ray, positron emission computerized tomography (PET), etc. Other three-dimensional imaging modalities. Such imaging modalities are equipped with a laser bridge, i.e. an imaging point generating device, to mark specific points on the patient during preoperative imaging. The positioning system is preferentially equipped with an EMT system, ie a positioning device, and a second identical laser bridge, ie an interventional light point generating device, to allow alignment of the patient relative to that laser bridge In addition, it has an NF EP lab. In addition, a method of registering a preoperative data set with the EMT system and displaying at least a portion of the data set with a catheter position derived from the EMT is preferentially provided.
術前イメージングモダリティは、図2を参照して上述されたレーザブリッジを装備されてよい。レーザブリッジは線を生成せず、レーザブリッジは、固定の幾何配置においてN個の個別レーザポインタを使用することによって、患者の胸部においてN個の点をマークしてよい。点は、優先的に、それらが患者の腕を覆わないように胸部において分布する。これは、腕が患者の心臓と固定の幾何学的関係にあるので、インターベンションプロシージャが心臓に適用されるべき場合に特に好ましい。レーザの色は異なってよく、あるいは、ラベルは、それらを区別するために点のそばに表示されてよい。システムによって提供される全ての光線/点が特定の患者に使用されなくてもよい。EMTシステムは、術前に使用されたのと全く同じ光線ジオメトリを有するレーザブリッジを装備されてよい。EMTシステムのフィールド生成器は、優先的に、レーザブリッジと固定的な既知の幾何学的関係にある。通常、患者を伴ったテーブルは、レーザブリッジに対して6自由度で動かされ得る。 The preoperative imaging modality may be equipped with the laser bridge described above with reference to FIG. The laser bridge does not generate a line, and the laser bridge may mark N points on the patient's chest by using N individual laser pointers in a fixed geometry. The points are preferentially distributed in the chest so that they do not cover the patient's arm. This is particularly preferred when the interventional procedure is to be applied to the heart, as the arms are in fixed geometrical relationship with the patient's heart. The color of the lasers may be different, or labels may be displayed beside the point to distinguish them. Not all rays / points provided by the system may be used for a particular patient. The EMT system may be equipped with a laser bridge having exactly the same ray geometry as used prior to surgery. The field generators of the EMT system are preferentially in a fixed known geometrical relationship with the laser bridge. Usually, the table with the patient can be moved with six degrees of freedom relative to the laser bridge.
EMTシステムのフィールド生成器は、カテーテルが追跡される座標系を定義する。従って、それは、優先的に、術前座標系を定義するレーザブリッジに対して固定位置にある。EMTシステムのフィールド生成器は、優先的に、システムのセットアップの間に一度だけレーザブリッジに対して位置合わせされるが、安全上の理由により再確認されてよい。較正は、特別なファントム、すなわち、上記の較正ファントムを用いて行われてよい。ファントムは、レーザブリッジと整列される必要があるマーカ、すなわち、第1のマーカを有する。ファントムは、レーザブリッジが第1のマーカと整列される場合に、第1の座標に対して、よって、レーザブリッジシステムに対して座標が知られているマークされた位置、すなわち、第2のマーカを更に有する。較正プロセスの間、それらのマークされた位置は、カテーテルによって接近される。それらの位置で、フィールド生成器は、それ自身の座標系においてカテーテルのポジションを検知する。それらの一致点は、レーザブリッジシステムからEMTシステムへの座標変換、すなわち、空間関係供与ユニットにおいて記憶され得るインターベンション時光点生成デバイスと位置決めデバイスとの間の空間関係、を計算するために使用されてよい。 The field generator of the EMT system defines the coordinate system in which the catheter is tracked. Thus, it is preferentially at a fixed position relative to the laser bridge defining the preoperative coordinate system. The field generator of the EMT system is preferentially aligned with the laser bridge only once during setup of the system, but may be reconfirmed for safety reasons. The calibration may be performed using a special phantom, ie the calibration phantom described above. The phantom has a marker that needs to be aligned with the laser bridge, ie a first marker. The phantom is a marked position where the coordinates are known relative to the first coordinates, and thus to the laser bridge system when the laser bridge is aligned with the first marker, ie the second marker Furthermore, it has. During the calibration process, their marked positions are approached by the catheter. At their position, the field generator detects the position of the catheter in its own coordinate system. These coincidence points are used to calculate the coordinate transformation from the laser bridge system to the EMT system, ie the spatial relationship between the interventional light point generating device and the positioning device that can be stored in the spatial relationship providing unit You may
実施形態において、術前撮像プロシージャの間、患者は、術前スキャンのために、MRボア、あるいは、CTボアのような他のイメージングモダリティのボアの前で準備される。MR又はCTライトバイザーは、システムのアイソセンターにおけるスキャンのために正確に患者の位置を合わせるよう使用されてよい。ブリッジからのレーザ点は、次いで患者の上に投影され、それらの点は、色落ちしないカラーペンを用いて患者の皮膚の上でマークされ標識化される。それらの点のみが使用され、腕の上には投影しない。患者はボアの中に入れられ、最初の術前スキャンが実施される。患者は、次いで、ポジショニングを確認するために、ボアの前に戻される。患者が動かされる場合には、彼/彼女は、レーザ点を皮膚のマークと合わせるよう再度位置を合わせられ、スキャンは繰り返される。このスキームは、1つよりも多いスキャンがやり直されるべきことを回避することができる。術前画像データは、例えば、DICOM(Digital Imaging and COmmunications in Medicine)を介して、EMTシステムへ転送される。血管内表面のセグメンテーション又は更なる情報はそれらのデータから導出されてよい。患者は、次いで、EPラボにおけるレーザブリッジシステムの下で位置合わせされる。6自由度を有するテーブルは、レーザ点が患者の皮膚の上のマーカと合うように患者の位置を合わせるために使用される。患者のポジションは、プロシージャの間に繰り返し再確認されてよい。インターベンションプロシージャ(この実施形態では、カテーテルプロシージャである。)の間、カテーテルはEMTシステムを用いて、すなわち、位置決めデバイスを用いて、追跡される。術前データから導出される解剖学的表現は、誘導を改善するよう、カテーテルのモデルとともにレンダリングされてよい。 In an embodiment, during the preoperative imaging procedure, the patient is prepared in front of the bore of the MR bore or other imaging modality such as a CT bore for preoperative scanning. The MR or CT light visor may be used to accurately position the patient for scanning at the isocenter of the system. The laser points from the bridge are then projected onto the patient, and those points are marked and labeled on the patient's skin using a color pen that does not lose color. Only those points are used and do not project onto the arm. The patient is placed in the bore and an initial preoperative scan is performed. The patient is then returned to the front of the bore to confirm positioning. If the patient is moved, he / she is repositioned to align the laser point with the mark on the skin and the scan is repeated. This scheme can avoid that more than one scan should be redone. The preoperative image data is transferred to the EMT system via, for example, DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine). Segmentation or further information of intravascular surfaces may be derived from these data. The patient is then aligned under the laser bridge system in the EP lab. A table with six degrees of freedom is used to align the patient so that the laser point is aligned with the marker on the patient's skin. The patient's position may be reconfirmed repeatedly during the procedure. During the interventional procedure (in this embodiment a catheter procedure), the catheter is tracked using an EMT system, ie using a positioning device. Anatomical expressions derived from preoperative data may be rendered with the model of the catheter to improve guidance.
上記のシステム及び方法は、優先的に、カテーテルの誘導を改善するよう、EMTカテーテル位置とともに血管内表面を提供するために使用される。なお、更なる情報は、術前画像から抽出されて、術前画像から術前に計算され得る壁厚マップのようなEMTカテーテル位置とともにユーザに示されてよい。更に、心筋生検において、生検対象位置は、十分なコントラストを有してMRにより術前に撮像され、セグメント化され、番号を付され、インターベンションプロシージャの間にワークスケジュールとして提供されてよい。カテーテルにより回避されるべき危険構造物は、前もってマークされ、インターベンションプロシージャの間に示されてよい。ポジション決定システム及び方法は、心臓インターベンションにおいて使用されてよいが、神経血管空間における主要な血管を治療するインターベンションプロシージャのような非心臓インターベンションでも使用されてよい。 The above-described systems and methods are preferentially used to provide an endovascular surface with an EMT catheter location to improve catheter guidance. Still further information may be extracted from the preoperative image and shown to the user along with the EMT catheter position, such as a wall thickness map that may be calculated preoperatively from the preoperative image. Furthermore, in myocardial biopsy, biopsy target locations may be pre-operatively imaged by MR with sufficient contrast, segmented, numbered and provided as a work schedule during the interventional procedure . Hazardous structures to be avoided by the catheter may be pre-marked and indicated during the interventional procedure. The position determination system and method may be used in cardiac interventions, but may also be used in non-cardiac interventions such as interventional procedures that treat major blood vessels in neurovascular space.
図1乃至3を参照して上述された実施形態において、撮像時光点生成デバイス及びインターベンション時光点生成デバイスは特定の構造を有するが、他の実施形態では、それらは他の方法で構成され得る。例えば、それらは、異なるように構成されたブリッジ構造を有することができ、あるいは、それらは、如何なるブリッジ構造も有さなくてよい。例えば、光源は、撮像時光点生成デバイス及び/又はインターベンション時光点生成デバイスを夫々提供するために、イメージングデバイス及び/又は位置決めシステムにおいて組み込まれてよい。特に、図8で概略的に例となるように表されるように、イメージングシステム102は、対象支持体105を備えたMRデータ取得ユニット112を有することができ、MRデータ取得ユニット112には、レーザ光線111がMRデータ取得ユニット112から放射するように、レーザが組み込まれている。更なる実施形態では、イメージングデバイスは、対象の表面上で光点を生成する光源を装備されてよく、加えて、更なる光源を備えたブリッジ構造は、対象の表面上で光点を生成するために使用されてよい。
In the embodiment described above with reference to FIGS. 1-3, the imaging point and intervention point light point generation devices have particular structures, but in other embodiments they can be configured in other ways . For example, they may have bridge structures configured differently, or they may not have any bridge structure. For example, the light source may be incorporated in the imaging device and / or positioning system to provide an imaging point light point generation device and / or an intervention point light point generation device, respectively. In particular, as represented schematically in FIG. 8 as schematically illustrated, the
上記の実施形態において、撮像時光マーカ生成デバイス及びインターベンション時光マーカ生成デバイスは、対象の表面上の同じ位置で光マーカを生成するために同じ固定構成ジオメトリを使用するが、他の実施形態では、撮像時光マーカ生成デバイス及び/又はインターベンション時光マーカ生成デバイスは、固定又は変更可能であってよい異なった構成ジオメトリを使用してよい。例えば、撮像時光マーカ生成デバイス及び/又はインターベンション時光マーカ生成デバイスは、光マーカが撮像現場において及びインターベンション現場において同じ位置で生成されるように光線ジオメトリを変更するよう構成されてよい。ポジション決定ユニットは、位置決めデバイスによって決定されたカテーテルのポジション、イメージング空間関係及びインターベンション空間関係、並びに光線ジオメトリに基づき、生成された画像内でカテーテルのポジションを決定するよう構成されてよい。 In the above embodiments, the imaging-time optical marker generation device and the intervention-time optical marker generation device use the same fixed configuration geometry to generate optical markers at the same location on the surface of the subject, but in other embodiments, The optical marker generation device upon imaging and / or the optical marker generation device upon intervention may use different configuration geometries that may be fixed or changeable. For example, the imaging marker and / or the intervention marker may be configured to change the beam geometry such that the marker is generated at the same location at the imaging site and at the intervention site. The position determination unit may be configured to determine the position of the catheter in the generated image based on the position of the catheter determined by the positioning device, the imaging spatial relationship and the intervention spatial relationship, and the ray geometry.
上記の実施形態において、位置決めデバイスはEMTデバイスであるが、他の実施形態では、他の位置決めデバイスも、OSS位置決めデバイスのように、使用されてよい。 In the above embodiments, the positioning device is an EMT device, but in other embodiments other positioning devices may be used as well as OSS positioning devices.
開示されている実施形態に対する他の変形例は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求されている発明を実施する際に当業者によって理解され成立され得る。 Other variations to the disclosed embodiments can be understood and effected by those skilled in the art in practicing the claimed invention, from a study of the drawings, the disclosure, and the appended claims.
特許請求の範囲において、語「有する(comprising)」は、他の要素又はステップを除外せず、単称(冠詞a又はanの使用)は、複数を除外しない。 In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and the singular (the use of the article a or an) does not exclude a plurality.
単一のユニット又はデバイスは、特許請求の範囲で挙げられている幾つかの項目の機能を満たしてよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項で挙げられているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示すものではない。 A single unit or device may fulfill the functions of several items recited in the claims. The mere fact that certain measures are recited in mutually different dependent claims does not indicate that a combination of these measures can not be used to advantage.
1つ又は複数のユニット又はデバイスによって実行される、空間関係を提供すること及び生成された画像内でカテーテルのポジションを決定することのようなプロシージャは、いくつのユニット又はデバイスによっても実施され得る。それらのプロシージャ並びに/又はポジション決定方法のステップ206乃至209に従う位置決めデバイス、空間関係供与ユニット及びポジション決定ユニットの制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び/又は専用のハードウェアとして実装され得る。
The procedures performed by one or more units or devices, such as providing spatial relationships and determining the position of the catheter in the generated image, may be performed by any number of units or devices. The control of the positioning device, the spatial relationship providing unit and the position determining unit according to the
コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又はその部分として供給される、光記憶媒体又はソリッドステート媒体のような適切な媒体において記憶/分配されてよいが、他の形態においても、例えば、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介しても、分配されてよい。 The computer program may be stored / distributed on a suitable medium, such as an optical storage medium or solid state medium, supplied with or as part of other hardware, but in other forms as well, for example the Internet or other It may also be distributed via a wired or wireless telecommunication system.
特許請求の範囲における如何なる参照符号も、適用範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。 Any reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope.
撮像現場において、インターベンションプロシージャが実行される前に、イメージングデバイスは、対象の画像を生成し、撮像時光マーカ生成デバイスは、対象の表面上の位置で光マーカを生成する。インターベンション現場において、インターベンションプロシージャの間に、インターベンション時光マーカ生成デバイスは、対象の表面上の前記位置で光マーカを生成し、位置決めデバイスは、カテーテルのポジションを決定する。ポジション決定ユニットは、次いで、位置決めデバイスによって決定されたカテーテルのポジション、及び画像及び光マーカを生成するために使用されるデバイスとカテーテルの位置を特定するデバイスとの間の提供された空間関係に基づき、術前画像内でカテーテルのポジションを決定する。これは、必ずしもx線を使用せずに、術前画像内でカテーテルのポジションを示すことを可能にする。 At the imaging site, before the intervention procedure is performed, the imaging device generates an image of the object, and the imaging light marker generation device generates an optical marker at a position on the surface of the object at the time of imaging. At the intervention site, during the intervention procedure, the light marker generation device at the time of intervention generates a light marker at the position on the surface of the object, and the positioning device determines the position of the catheter. The position determination unit is then based on the position of the catheter determined by the positioning device and the provided spatial relationship between the device used to generate the image and the light marker and the device for locating the catheter. , Determine the position of the catheter in the preoperative image. This makes it possible to indicate the position of the catheter in the preoperative image, without necessarily using x-rays.
Claims (13)
インターベンション現場において前記インターベンションプロシージャの間に前記カテーテルのポジションを決定する位置決めデバイスと、
前記インターベンション現場において、前記イメージングシステムの前記撮像時光マーカ生成デバイスも光マーカを生成した前記対象の表面上の位置で光マーカを生成するインターベンション時光マーカ生成デバイスと、
前記イメージングシステムの前記イメージングデバイスと前記撮像時光マーカ生成デバイスとの間の撮像空間関係と、前記位置決めデバイスと前記インターベンション時光マーカ生成デバイスとの間のインターベンション空間関係とを提供する空間関係供与ユニットと、
前記位置決めデバイスによって決定された前記カテーテルのポジション並びに前記撮像空間関係及び前記インターベンション空間関係に基づき、前記生成された画像内で前記カテーテルのポジションを決定するポジション決定ユニットと
を有する位置決めシステム。 A positioning system for use with an imaging system to identify the position of a catheter within an object during an interventional procedure, wherein the imaging system is an imaging site before the interventional procedure is performed. A positioning system comprising: an imaging device for generating an image; and an imaging-time optical marker generation device for generating an optical marker at a position on the surface of the object before the intervention procedure is performed at the imaging site.
A positioning device for determining the position of the catheter during the interventional procedure at the intervention site;
An interventional optical marker generation device for generating an optical marker at a position on the surface of the target at the time of imaging of the imaging system at the intervention site;
A spatial relationship donation unit providing an imaging spatial relationship between the imaging device of the imaging system and the imaging light marker generation device and an interventional spatial relationship between the positioning device and the interventional light marker generation device When,
A positioning unit that determines the position of the catheter in the generated image based on the position of the catheter determined by the positioning device and the imaging spatial relationship and the intervention spatial relationship.
撮像現場において、前記インターベンションプロシージャが実行される前に、前記対象の画像を生成するイメージングデバイスと、前記撮像現場において、前記インターベンションプロシージャが実行される前に、前記対象の表面上の位置で光マーカを生成する撮像時光マーカ生成デバイスとを有するイメージングシステムと、
請求項1に記載される、前記インターベンションプロシージャの間に前記対象内のカテーテルの位置を特定する位置決めシステムと
を有するポジション決定システム。 A position determination system for determining the position of a catheter located within an object in an image of the object during an interventional procedure, comprising:
An imaging device for generating an image of the object before the interventional procedure is performed at the imaging site, and a position on the surface of the object before the interventional procedure is performed at the imaging site. An imaging system having an imaging-time optical marker generation device for generating an optical marker;
A positioning system, comprising: a positioning system for locating the position of a catheter within the subject during the interventional procedure as defined in claim 1.
前記インターベンション時光マーカ生成デバイスは、光マーカを生成するために第2の光線ジオメトリに従って光線を発する光源を有し、
前記第1の光線ジオメトリ及び前記第2の光線ジオメトリは、同じである、
請求項2に記載のポジション決定システム。 The imaging light marker generation device comprises a light source emitting a light beam according to a first beam geometry to generate a light marker,
The interventional light marker generation device comprises a light source emitting a ray according to a second ray geometry to generate a light marker,
The first ray geometry and the second ray geometry are the same,
The position determination system according to claim 2.
前記撮像時光マーカ生成デバイスは、前記イメージングデバイスに付随する光源を有する、
請求項2に記載のポジション決定システム。 The imaging light marker generation device and the imaging device are integrated,
The imaging-time light marker generation device has a light source associated with the imaging device,
The position determination system according to claim 2.
光マーカを生成する光源は、前記ブリッジ構造に付随する、
請求項2に記載のポジション決定システム。 The imaging-time optical marker generation device and / or the intervention-time optical marker generation device have a bridge structure that bridges the object,
A light source generating an optical marker is associated with the bridge structure
The position determination system according to claim 2.
請求項2に記載のポジション決定システム。 The imaging-time optical marker generation device and / or the intervention-time optical marker generation device are adapted such that different generated optical markers have different appearances.
The position determination system according to claim 2.
請求項2に記載のポジション決定システム。 The imaging-time optical marker generation device and / or the intervention-time optical marker generation device are adapted such that different generated optical markers are light spots.
The position determination system according to claim 2.
前記対象支持体は、6自由度を有して前記対象の位置を合わせるよう適応される、
請求項2に記載のポジション決定システム。 The position determination system further comprises an object support for supporting the object;
The object support is adapted to align the object with six degrees of freedom,
The position determination system according to claim 2.
前記空間関係供与ユニットは、前記カテーテルが前記第2のマーカに位置付けられており且つ前記光マーカが前記第1のマーカに位置付けられているときに、前記位置決めデバイスによって決定された前記カテーテルのポジションに基づき、前記インターベンション空間関係を決定するよう適応される、
請求項2に記載のポジション決定システム。 The positioning system comprises a first marker for marking the position at which the light marker generated by the interventional light marker generation device is to be positioned during the calibration procedure, and when the positioning device determines the position of the catheter Further comprising a calibration phantom having a second marker that marks the position at which the catheter is to be positioned during the calibration procedure;
The spatial relationship donor unit is at the position of the catheter determined by the positioning device when the catheter is positioned at the second marker and the light marker is positioned at the first marker. Adapted to determine said intervention space relationship based on
The position determination system according to claim 2.
前記イメージングシステムの前記イメージングデバイスが、前記撮像現場において、前記インターベンションプロシージャが実行される前に、前記対象の画像を生成するステップと、
前記イメージングシステムの前記撮像時光マーカ生成デバイスが、前記撮像現場において、前記インターベンションプロシージャが実行される前に、前記対象の表面上の位置で光マーカを生成するステップと、
前記位置決めシステムのインターベンション時光マーカ生成デバイスが、インターベンション現場において、前記対象の表面上の前記位置で光マーカを生成するステップと、
前記位置決めシステムの位置決めデバイスが、前記インターベンション現場において、前記インターベンションプロシージャの間に前記対象内の前記カテーテルのポジションを決定するステップと、
前記位置決めシステムの空間関係供与ユニットが、前記イメージングデバイスと前記撮像時光マーカ生成デバイスとの間の撮像空間関係と、前記位置決めデバイスと前記インターベンション時光マーカ生成デバイスとの間のインターベンション空間関係とを提供するステップと、
前記位置決めシステムのポジション決定ユニットが、前記位置決めデバイスによって決定された前記カテーテルのポジション並びに前記撮像空間関係及び前記インターベンション空間関係に基づき、前記生成された画像内で前記カテーテルのポジションを決定するステップと
を有する、前記ポジション決定システムの作動方法。 An imaging device for generating an image of an object before an intervention procedure is performed at an imaging site, and an optical marker at a position on the surface of the object before the intervention procedure is performed at the imaging site an imaging system having an imaging time of the optical marker generation device for generating said and a positioning system for identifying the position of the catheter within said subject during interventional procedures, the subject of the image during the interventional procedure A method of operating a position determination system to determine the position of a catheter located within the object,
A step wherein the imaging device of the imaging system, in the imaging field, before the intervention procedure is performed, to generate an image before Symbol subject,
A step wherein the image capture optical marker generating device of the imaging system, the Te imaging scene smell, before the intervention procedure is performed, to generate a light marker at a location on the surface of the object,
Generating an optical marker at the location on the surface of the object at the intervention site, at the intervention site, the interventional optical marker generation device of the positioning system ;
A step positioning device of the positioning system, to determine at the intervention site, the position of the catheter in said object between said intervention procedure,
Spatial relationships donor unit of the positioning system, and the imaging spatial relationship between the imaging device and the imaging time of the optical marker generation device and intervention spatial relationship between the positioning device and the intervention time of the optical marker generating device Providing steps,
A step of position determination unit of the positioning system, based on the position and the imaging spatial relationship and the intervention spatial relationship of the catheter as determined by the positioning device, to determine the position of the catheter within said generated image A method of operating said position determination system .
請求項10に記載の前記ポジション決定システムの作動方法。 Generation of light markers on the previous SL intervention site includes generating the optical markers in permanently marked the positions on the surface of the object in the imaging field,
A method of operating the position determination system according to claim 10.
前記ポジション決定システムの前記較正ファントムが、前記位置決めデバイスが前記カテーテルのポジションを決定するときに該カテーテルが前記較正プロシージャの間に位置付けられるべき位置を第2のマーカによってマークするステップと、
前記ポジション決定システムの前記空間関係供与ユニットが、前記カテーテルが前記第2のマーカに位置付けられており且つ前記光マーカが前記第1のマーカに位置付けられているときに、前記位置決めデバイスによって決定された前記カテーテルのポジションに基づき、前記インターベンション空間関係を決定するステップと
を有する、請求項10に記載の前記ポジション決定システムの作動方法。 A step of calibration phantom of the position determination system, the intervention time of the light marker generated by the light marker generation device is marked by the first marker position to be positioned between the calibration procedure,
A step wherein the calibration phantom of the position determination system, which thus marks the position to be positioned at a second marker between the catheter the calibration procedure when the positioning device determines the position of the catheter,
The spatial relationship donor unit of the position determination system, the catheter has the second and the light marker is positioned in the marker is positioned on the first marker Rutoki, determined by the positioning device based on position emissions of the catheter, and a step of determining said intervention spatial relationships, operating method of the position determination system according to claim 10.
コンピュータプログラム。 When executed by computer, in the computer, to execute the method of operation according to any one of claims 10 to 12, for controlling the position determination system
Computer program.
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